ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA BIOMEDICÍNSKÉHO INŽENÝRSTVÍ Katedra biomedicínské techniky
TÝMOVÝ PROJEKT
2012
Petr Kolář
ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta biomedicínského inženýrství Katedra biomedicínské techniky
Hodnocení polohy hlavy a ramen u pacientů s poruchami stability Týmový projekt
Vedoucí projektu: Ing. Patrik Kutílek, Ph.D. Student: Petr Kolář
leden 2012
Anotace Hodnocení polohy hlavy a ramen u pacientů s poruchami stability
Cílem mé části práce bylo měření a analýza polohy hlavy a ramen u pacientů s poruchami stability. Polohu hlavy a ramen v prostoru byly studovány pomocí Motion capture systému. Měření bylo provedeno na dvaceti dobrovolnících, na deseti mužích a deseti ženách. Měření bylo provedeno na běžícím pase s třemi rychlostmi. Měření v nemocnici Motol bohužel zatím neproběhlo.
Summary
Study of head and shoulders posture of patients with disorders
My goal in my part of team project was to analyse head and shoulders posture of patients with disorders. Position of head and shoulders position in space were studied by Motion capture software. There were twenty volunteers, ten men and ten women where measurements were performed. Measure was performed on a conveyor belt with three speeds. Measure in hospital Motol was not performed yet.
Prohlášení Prohlašuji, že jsem týmový projekt s názvem ……………………………………………………………………………………………..vypracoval(a) samostatně a použil(a) k tomu úplný výčet citací použitých pramenů, které uvádím v seznamu přiloženém k závěrečné zprávě.
Nemám závažný důvod proti užití tohoto školního díla ve smyslu §60 Zákona č.121/2000 Sb., o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a o změně některých zákonů (autorský zákon).
V ……………. dne ………………
……………………. podpis
Obsah Úvod ........................................................................................................................................................ 7 1 Současný stav řešení............................................................................................................................. 8 1.1 Poruchy ovlivňující polohu hlavy ................................................................................................... 8 1.2 Komentovaná rešerše.................................................................................................................... 9 2 Použitý systém .................................................................................................................................... 14 3 Měření ................................................................................................................................................ 15 3.1. Příprava kamer ........................................................................................................................... 15 3.2. Kalibrace ..................................................................................................................................... 16 3.3. Fitting.......................................................................................................................................... 18 3.4. Postup měření ............................................................................................................................ 19 4 Analyzování naměřených dat ............................................................................................................. 20 4.1. Úhel rotace ................................................................................................................................. 21 4.2. Úhel flexe a extenze ................................................................................................................... 21 4.3. Úhel inklinace ............................................................................................................................. 22 5 Cíle pro mou bakalářskou práci .......................................................................................................... 22 6 Závěr ................................................................................................................................................... 22 Použitá literatura ................................................................................................................................... 23
Úvod Hlavní náplní našeho týmového projektu, na kterém jsem úzce spolupracoval s mými kolegy, bylo poměrně široký rozsah měření těla v prostoru. Přesto, že mě a jednomu z mých kolegů by stačilo změřit pouze pozici ramen a hlavy, ale jako tým jsme změřili celé tělo. Analyzovali jsme nejen polohu hlavy a ramen, ale také pohyb horní končetiny. Právě při této činnosti jsme měli možnost si vyzkoušet, jak takové měření probíhá a jaká jsou s touto problematikou spojena úskalí a problémy. Jak již jsem zmínil, mým úkolem bylo analyzovat polohu hlavy a ramen a tuto analýzu zdokonalit a pokud možno zjednodušit pro běžnou praxi, aby bylo možno detekovat různé nemoci ovlivňující držení hlavy. V mé rešerši se zabývám současnými možnostmi jak řešit snímání polohy hlavy v prostoru. Mé měření v klinické praxi v nemocnici Motol zatím neproběhlo, ale podílel jsem se na měření mých kolegů. Rešerši jsem vypracoval s mým kolegou Janem Šírem. Toto téma má velký potenciál, který mě velice zaujal a proto jsem si vybral toto téma.
1 Současný stav řešení 1.1 Poruchy ovlivňující polohu hlavy Poruchy, které negativně ovlivňují přirozené držení hlavy, se dají rozdělit do dvou skupin: ty co ovlivňují polohu hlavy přímo a ty co vedou ke kompenzační poloze hlavy. Do první skupiny se řadí především choroby ze skupiny dystonií. Dystonie je trvalá, abnormální mimovolní kontrakce svalů, která způsobuje mimovolní pohyby nebo abnormální polohy jednotlivých částí těla. Z hlediska polohy hlavy je nejvýznamnější cervikální dystonie. To, jak se cervikální dystonie klinicky projevuje, závisí na svalech, které jsou jí postiženy. Základní klinické obrazy jsou následující: Torticollis je porucha při které se hlava stáčí do strany, doleva nebo doprava. Při Laterocolis se hlava sklání k rameni. Retrocollis při tomto onemocnění je hlava zvrácena dozadu, naopak při Anterocollis je hlava zvrácena dopředu. Do druhé skupiny potom spadají poruchy koordinace pohybů hlavy a očí – interakce okulomotorického a cephalomotorického reflexu, nezbytné ke stabilizaci obrazu na sítnici při pohybu hlavy nebo při pohybu hlavy a očí zároveň za účelem změny pohledu. Dále jsou to poruchy vestibulo-okulárního reflexu, který zajišťuje nezměněnou polohu oka v prostoru nastavením polohy oka v orbitě při sledování cíle a současné rotaci hlavy. Okulomotorická apraxie je narušená schopnost provést sakadický pohyb oka na povel. Kongenitální nystagmus způsobuje pohyb obrazu na sítnici. Pacienti pak provádějí kompenzační pohyb hlavou, aby obraz na sítnici stabilizovali. Okulomotorické poruchy – poruchy funkce okohybných svalů často vedou k nepřirozené poloze hlavy, která je kompenzuje. Patří sem strabismus, při kterém dochází k rotaci nebo náklonu hlavy za účelem kompenzace diplopie (nesouosost optických os očí). Velký vliv mají parézy okohybných svalů. Při postižení horizontálních okohybných svalu dochází k rotaci hlavy ve směru postiženého svalu. Postižení vertikálních okohybných svalu analogicky působí kompenzační extenzi či flexi hlavy. Inklinaci v těchto případech potom odpovídá postižení okohybných svalu šikmých.[5]
1.2 Komentovaná rešerše Siley O. Ba a Jean-Marc Odobez na workshopu CLEAR07 řešili dva úkoly. Prvním bylo měření polohy hlavy vůči jedné kameře, druhý byl zaměřen na měření polohy hlavy v souřadném systému místnosti za použití čtyř kamer. Pro řešení prvního úkolu byla použita pravděpodobnostní metoda. Byly definovány modely vzhledu hlavy na základě textury, barvy pleti a binární charakteristice získané odstraněním pozadí. Pomocí modelů a jejich podobnosti s pozorováními byla určena poloha hlavy na základě pravděpodobnosti. Pro řešení druhého úkolu byl použit podobný systém jako pro první úkol. Pomocí kalibračních parametrů kamer byla poloha hlavy vůči kameře převedena na polohu hlavy v souřadném systému místnosti. Výstup ze čtyř kamer byl následně na základě detekce pleti sloučen do jednoho rámu a ten porovnán s definovanými modely. S. Meers, K. Ward a I. Piper popisují, dle jejich slov, cenově výhodnou a přesnou metodu pro sledování pozice a orientace hlavy. Použita zde byla jedna USB kamera a tři infračervené LED diody připevněné na speciálních brýlích. Jejich metoda využívá schopnosti použité digitální kamery snímat infračervené záření. Na zmíněnou kameru byla nasazena čočka s filtrem obsahujícím více vrstev vyvolaného exponovaného barevného fotografického negativu. Naopak odstraněn byl z kamery filtr zabraňující průchodu IR záření. Filtrace zkombinovaná s odpovídajícím nastavením jasu, kontrastu a expozice kamery zajistila černý výstupní obraz s jasnými bílými body reprezentovanými LED diodami. Výhodou tohoto systému je jeho nezávislost na rozdílnosti obličejů jednotlivých uživatelů (pacientů), to, že není potřeba jakákoliv kalibrace, nenáročnost na softwarové zpracování obrazu a přesnost systému, která byla podle experimentů cca 0,5°. Za nevýhodu by se dala označit vysoká míra šumu v poskytovaném obrazu, což však nemělo vliv na testování systému. Yoshinobu Ebisawa založil svou metodu snímání hlavy na detekci zornic a nosních dírek. Systém měří polohu hlavy pomocí jednoho fotoaparátu a dvou prstencových zdrojů světla kolem a pod objektivem fotoaparátu. Princip detekce zornic je založen na střídavém svícení zdrojů světla v synchronizaci se závěrkou fotoaparátu. Pokud je pořízen obrázek a svítí zdroj okolo objektivu, jeví se zornice jako dva světlé body, pokud svítí zdroj pod objektivem, zobrazí se zornice jako body tmavé. Odečtením těchto dvou obrázků vznikne obrázek zobrazující pouze zornice. Výsledná poloha hlavy je pak definována pomocí polohy zornic a
jedné nosní dírky. Navržený systém umožňuje měřit v rozsahu ±40° horizontálně a 30° vertikálně a byl zamýšlen pro užití ve sledování chování a bdělosti řidiče, popřípadě jako polohovací zařízení. Autoři Serdar Usumez, Tancan Uysal, Metin Orhan, and Ertan Soganci se zabývají statickou přirozenou pozicí hlavy a pozicí hlavy měřenou při chůzi. Cílem projektu bylo zjistit, zda existuje statisticky významná odchylka mezi statickými a dynamickými měřeními pozice hlavy. Experiment proběhl na padesáti subjektech (25 žen a 25 mužů) ve věku 20 až 25 let. U žádného z nich nebyla zaznamenána ortodontická léčba, zranění krku nebo hlavy, problémy s dýcháním nosem, nikdo neměl dioptrické brýle. Dynamická měření byla uskutečněna pomocí zařízení sestávajícího se ze dvou inklinometrů připevněných k nožičkám speciálních brýlí. Pravý byl umístěn paralelně se sagitální rovinou pro měření flexe a extenze, levý pak kolmo k sagitální rovině pro měření inklinace. Dále zařízení obsahovalo sběrač dat, modul pro odfiltrování rázů a vibrací a kabely pro propojení s PC [4]. Dynamické měření bylo u každé osoby založeno na pěti minutách volné chůze. Průměry měření byly statisticky porovnány s t-testem (na 5% hladině významnosti). Průměrná hodnota statické pozice mínus hodnota pozice hlavy při chůzi byla +4,60°. Z experimentu vyplynulo, že měření statické a dynamické polohy hlavy nejsou zaměnitelná. Je proto účelné používat dynamické měření pozice hlavy pro reprezentaci přirozené pozice hlavy při snímání laterálních nebo předozadních cefalogramů, klinických extraorálních fotografií nebo při třídimenzionálním zobrazování.[4] Metodu měření polohy hlavy pomocí fotoaparátů v neurologii zpracoval student fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze David Šturm pod vedením Doc. Hozmana. Jeho práce se zabývá bezkontaktním měřením flexe, inklinace a rotace hlavy. Metoda je založena na vyhodnocení digitálních snímků. Ve své práci se zabývá neurologickými poruchami, které způsobují defektní postavení hlavy. Měření inklinace a flexe bylo provedeno pomocí dvou fotoaparátů, jeden byl umístěn zepředu a jeden z profilu. Aby mohlo být provedeno samotné měření, byl zaveden systém anatomických os. Tyto osy byly zvoleny pevně podle pevných znaků v obličeji. Anatomickou horizontálu zpředu pro vyčíslení hodnoty inklinace představovala spojnice vnějších koutků očí. Při pohledu z profilu byla osa definována jako spojnice tragu a vnějšího koutku oka. Při započatí měření byl změřen průměr hlavy, čili vzdálenost tragus-tragus pomocí pelvimetru.
Dále byly umístěny značky na definici anatomických os. Dále se měřený subjekt bez bot postavil na značku na zemi mezi fotoaparáty a pořídila se fotografie z obou fotoaparátů ve stejný okamžik. Z těchto snímků pak bylo možno vypočítat rotaci a zároveň flexi a extenzi. Tento postup byl opakován s tím, že se pacient otočil o 90° čelem k fotoaparátu. Metoda je poměrně přesná, měřené úhly byly určovány s přesností 1 – 2°. Problémem jsou rozměry, náročná instalace a kalibrace celého zařízení. Metoda byla experimentálně využívána v klinické praxi ve FN Motol.[5] Okamžitým snímáním polohy hlavy se ve své bakalářské práci zabýval student FBMI ČVUT Václav Chadima. Jeho práce byla zaměřena na optimalizaci technických prostředků a metody pro snímání okamžité polohy hlavy. Zabýval se především vylepšením mechanické konstrukce prostředku a navržením nového systému pro ztotožnění optických os použitých digitálních fotoaparátů. Měřící systém se skládal ze dvou poloprofesionálních fotoaparátů se stativy upevněnými na speciální konstrukci, mezi nimi na zemi se nacházela značka určující mediální rovinu těla pacienta. Pacient musel být rovnoběžný s optickou osou fotoaparátů. Měření flexe-extenze a inklinace bylo uskutečněno pomocí plexi úhelníku. Rysky na úhelníku představovaly dvojici referenčních bodů tragus - oční koutek při pohledu z boku (flexe-extenze), tak i dvojici oční koutek - oční koutek při pohledu zepředu (inklinace). Byla provedena 4 měření, první k ověření přesnosti použité metody a nastavení, druhé s úhelníkem středově srovnaným s rovinou spojujícím objektivy obou fotoaparátů, třetí s úhelníkem posunutým po mediální rovině o patnáct centimetrů dopředu směrem k hlavnímu sloupu stojanu, čtvrté s úhelníkem posunutým po mediální ose o patnáct centimetrů dozadu od základního nastavení. Z naměřených výsledků flexe - extenze, inklinace vyplynulo, že chyba byla pouze v řádech desetin stupně.
K měření rotace se použilo místo plexi úhelníku polystyrénová hlava
upevněna na stativu. Zde se měřilo třikrát, základní nastavení, posunuto o 15 centimetrů vpřed a o 15 centimetrů vzad. Všechna tři měření se shodovala, což naznačilo, že je možné provádět měření s objektem srovnaným pouze podél mediánní osy. Měření potvrdila hypotézu, tedy možnost fixace postavení měřeného objektu pouze v ose frontální zatímco v ose mediánní by postavení nemuselo být fixní, což by značně ulehčilo ztotožnění os měřeného objektu vůči osám měřícího zařízení. Proběhlo také měření odchylky středu snímače od osy objektivu fotoaparátu pomocí kolimátoru a referenční plochy. Z naměřených hodnot vyplynulo, že vychýlení snímače je u každého kusu náhodné (montážní nepřesnost).[6]
Výsledkem byly tedy především úpravy využívající autokolimátor ke kalibraci optických os a úpravy technického prostředku s použitím mechanického zvedáku, třícestné stativové hlavy a sklopné plošiny. Prokázání toho, že posuv fotoaparátů podél ztotožněné osy nemá vliv na přesnost metody. Součástí práce jsou také návrhy na vylepšení zařízení pro měření okamžité polohy hlavy. Snímáním polohy těla, především hlavy a trupu se ve své bakalářské práci zabýval Lukáš Chaloupka (FBMI ČVUT). Jeho práce je věnována optimalizaci technického a programového zajištění kraniokorpografie (CCG), konkrétně optimalizovat stávající systém pro CCG vyšetření na Neurologické klinice ve FN Motol. Kraniokorpografie je vyšetřovací metoda sloužící k diagnóze poruch rovnovážného systému. Tato diagnóza je založena na analýze pohybů pacienta, převážně jeho hlavy a trupu při předem definovaných testech. Druhů testů CCG je několik, test stoje podle Romberga, test chůze na místě podle Unterbergera a testy prostorové paměti. Test podle Romberga se skládá ze dvou částí, v první části se registrují pohyby pacienta, když má otevřené oči a v druhé části totéž jen při zavřených očích. Při druhém testu jsou zavřené oči důležité proto, že pacient nemá vizuální informace ke koordinaci vzpřímeného stoje. Během testu se hodnotí výchylky těla. Klasické uspořádání při tomto testu bylo následující. Pacient měl na sobě připevněné světelné značky (různé k odlišení rovin těla), nad pacientem bylo umístěno vypouklé zrcadlo, na které směřoval fotoaparát s neustále otevřenou clonou. Výsledkem byla fotografie s trajektoriemi bodů světelných značek. Místo fotoaparátu se dá využívat i video kamera, tento záznam byl následně počítačem zpracován.[7] Autor se zabýval úpravou ramenní části postroje s IR diodami, náhradou stávajícího digitalizačního zařízení, zvýšením mobility celého systému (bezdrátovým přenosem videosignálu, nezávislým napájením, změnou uchycení kamery), zvětšením velikosti snímané scény a v neposlední řadě programovým vybavením PC. Jiří Anýž (FBMI ČVUT) řešil ve své bakalářské práci měření polohy hlavy a ramen pomocí jednoho fotoaparátu. Systém
autorem
navržený využívá
upravenou
webkameru
a
markery vytvořené
z infračervených LED diod, pomocí kterých se určuje rotace hlavy vůči ramenům a akcelerometry a gyroskopy pro určení inklinace a flexe. Úprava webkamery umístěné na vhodném stojanu nad hlavou pacienta spočívala ve vlepení filtru pro viditelné světlo, bylo tak možno získávat obraz v oblasti infračerveného záření blízkého viditelnému světlu. Úhel
natočení hlavy vůči ramenům byl vyhodnocován pomocí čtyř infračervených LED diod umístěných na hlavě a ramenou pacienta a pomocí vytvořeného algoritmu. Akcelerometrický systém pro měření flexe a inklinace zde představovala přilba umístěná na hlavě pacienta. Pro měření polohy hlavy byla vytvořena uživatelská aplikace, která umožňuje zobrazování všech požadovaných úhlů. Správnost měření úhlů flexe, inklinace a rotace byla ověřena pomocí goniometru s přesností 2,5° a makety lidské hlavy. Hlavním nedostatkem tohoto ařízení se ukázal být malý zorný úhel webkamery. Měření polohy hlavy pomocí gyroskopického akcelerometru je součástí diplomové práce Bc. Jaroslava Charfreitaga (FBMI ČVUT), který se zde zabývá návrhem a konstrukcí specializovaných displejů pro sledování očních pohybů a pohybů hlavy. Autor ve své práci tedy spojuje dvě vyšetřovací metody – snímání pohybu očí a měření polohy hlavy. Snímání polohy hlavy bylo provedeno pomocí vestavěného tříosého gyroskopického akcelerometru v zařízení eMagin Z800 3DVisor® (obr.), které slouží ke stimulaci ve 2D a 3D prostoru. Snímání polohy hlavy bylo realizováno ve 3D prostoru a snímán byl úklon, předklon, záklon a rotace. Snímanými hodnotami byl úhel, otáčení a akcelerace. Měřeními bylo prokázáno, že použitý akcelerometr není vhodný pro lékařské účely, protože nevyhovuje požadavkům na přesnost. Lenka Svobodová (FEL ČVUT) věnovala svou diplomovou práci technickému zajištění vyšetřovacích metod vestibulárního aparátu používaných v otoneurologii. Práce se zabývá především modernizací systému pro záznam kraniokorpografických vyšetření na neurologické klinice dospělých ve FN Motol. Hlavním kritériem byla možnost vyšetření prostorové paměti, což vyžaduje zaznamenání pohybu pacienta v prostoru o průměru pěti metrů. Původní systém využíval miniDV kameru a vypouklé zrcadlo, to však umožňovalo snímat prostor o poloměru pouze 1,2 m. Nově navržený systém využíval pro snímání kameru typu fisheye a směrové LED diody. LED diody byly na pacienta připevněny pomocí systému vyrobeného ze svářečského štítu a pomocí pláště, ke kterému byl připevněn speciální držák IR diod. Tento nový systém snižoval případné zakrytí vysílačů hlavou a eliminoval odlesky. Pro hodnocení CCG byl vytvořen program v prostředí MATLAB.
2 Použitý systém K našemu měření polohy těla v prostoru jsme použili systém rakouské společnosti Lukotronic AS200. Jedná se o MoCap který nám umožnil monitorovat a pohyb ve 3D prostoru. Měřili jsme soustavou, která obsahovala dvě infračervené kamery, které byly umístěny na stativech. Pomocí stativů jsme byli schopni nastavit výšku a úhel, abychom získaly pokud možno největší zorný úhel. Kamery byli zapojeny pomocí USB do počítače, kde byly ovládány přiloženým softwarem. Ten to software byl kompatibilní s Windows 98 a novější. Kamerami byly snímány markery, které byly tvořeni IR Led diodou, která byla napájena z akumulátorů. S těmito akumulátory jsme měli veliké problémy. Stále se vybíjely nebo ztrácely kontakt s markerama a tím se přerušilo naše měření, protože pokud se tak stalo, tak kamery přestaly snímat markery. Kamery snímaly pozici vzhledem k souřadné soustavě, kterou jsme si určili během kalibrace, více v odstavci kalibrace a fitting. Množství získaných dat bylo závislé na vzorkovací frekvenci a délce měření. Po ukončení nahráváni byli data uloženy v excelovském dokumentu. Nadále interpolovány pomocí Matlabu. Na následujícím obrázku je vyfocena naše soustava, jen s tím rozdílem, že jsme použili dvě infračervené kamery.
Obr. 2.1.: součásti systému, zdroj obrázku je z manuálu systému
1. Kamerová souprava 2. Akumulátor napájející IR LED diody markerů 3. Markery 4. USB kabel pro komunikaci mezi kamerou a PC 5. PC pro ovládání systému a analýzu dat 6. Software pro ovládání systému, ukládání dat a vizualizaci
3 Měření 3.1. Příprava kamer Naše měření muselo začít s přípravou místnosti, protože náš experiment byl prostorově náročný. Museli jsme umístit kamery do rohů místnosti pro zajištění dostatečně velkého zorného pole, aby obě kamery měli všechny markery v zorném poly. Dále jsme museli zpustit PC s nainstalovaným ovládacím programem. Dále jsme museli obě kamery připojit k PC pomocí USB. Poté se musel zapnout software a museli se pomocí něj načíst kamery. Více obrázek 3.1..
Obr. 3.1. Načtení kamer do systému
Na obrázku je vidět jedna z úvodních stránek softwaru. Také je vidět, že jsme si museli jednu kameru označit jako mastr. Po načtení obou kamer následuje krok kalibrace.
3.2. Kalibrace Kalibrace je pro měření velice důležitá, pomocí kalibrace určujeme souřadný systém, podle kterého kamery určují souřadnice markerů v prostoru. Pomocí kalibrační desky, kterou jsme si pro tento případ připravili, jsme použili pro určení os. Na desce je důležitý pravý úhel, který byl tvořen rohem desky, více obrázek 3.2.1..
Obr. 3.2.1. kalibrační deska
Pro kalibraci se použili markery očíslované jako dvě, tři a čtyři. Na obrázku 3.2.2. je vidět jak vypadala kalibrace v programu Lukotronic. Také se zde dají změnit kalibrační markery.
Obr. 3.2.2. určování kalibračních markerů v softwaru
3.3. Fitting Po provedení kalibrace a po určení souřadného systému se musí provést fitting. Je to proces při kterém si kamery vytváří referenční body k kterým software dopočítává souřadnice zachycených markerů. Tento proces se prováděl pomocí prvního markeru, který byl zapojen v akumulátoru. Markerem se pohybovalo pomalu po celém zorném poli. Takto jsme činili několik minut, protože čím více bodů jsme vytvořili tím přesnější bylo naše následující měření. Kalibrace i fitting bylo nutno provést po každém restartu systému nebo po změně polohy některé kamerové soustavy. Před samotným měřením bylo ještě nutné nastavit vzorkovací frekvenci, tu jsme snížili s 100hz na 40hz a také bylo zapotřebí označení jednotlivých markerů, aby bylo možné se zorientovat v nahraných datech.
Obr. 3.3.1. Popis markerů
3.4. Postup měření Naše měření jsme provedli na dvaceti dobrovolnících (deset mužů a deset žen), jak již jsem zmínil v úvodu. Naši figuranti byli ve věku dvaceti až dvacetišesti. Na každého z nich jsme provedli měření pro tři rozdílné rychlosti, pro rychlost dva, čtyři a šest kilometrů za hodinu. Na figurantovo tělo jsme připevnili osmnáct markerů na předem dané anatomické body. Tyto markery jsme zajistili pomocí lepící pásky, aby bylo zajištěno jejich pevné uchycení na místo. Po ukončení měření se data uložila, více lze vidět na obrázku 3.4.1..
Obr. 3.4.1. Ukládání dat
Po uložení následovalo zpracování dat. Tato data byla interpolována pomocí funkce inpaint_nans v programu Matlab.
4 Analyzování naměřených dat Mým úkolem bylo graficky znázornit úhel rotace, flexe, extenze a inklinace hlavy. Pro výpočet potřebujeme znát dva vektory z kterých můžeme vypočítat úhel vzájemného natočení segmentů. Výsledný vektor tedy můžeme vypočíst jako ⃗ = (ux= x1 – x2 ,uy= y1 – y2) Tedy výsledné natočení lze spočíst vztahem:
( √
√
)
4.1. Úhel rotace Úhel rotace lze spočíst jako úhel v transverzální rovině mezi segmenty tvořené spojením pravý s levým tragem s pravým a levým acromionem. Pomocí funkce v matlabu lze udělat graf, ohledně závislosti úhlu na čase.
Obr. 4.1.1. závislost úhlu na čase
4.2. Úhel flexe a extenze Úhel flexe a extenze lze spočíst jako úhel segmentu tvořeného tragus a oční koutek a horizontály.
Obr. 4.2.1. závislost úhlu na čase
4.3. Úhel inklinace Úhel inklinace lze spočíst jako úhel jako úhel v frontální rovině tvořený pravým a levým tragem se segmentem tvořeny pravým a levým acromionem.
Obr. 4.3.1. závislost úhlu na čase
5 Cíle pro mou bakalářskou práci V této práci jsem si mohl vyzkoušet měření těla v prostoru se zaměřeným na analyzování pozici hlavy. Hrozně rád bych se chtěl zajímat o měření pozice hlavy v praxi. Můj tým se potýkal s velkými problémy během měření, stále nám selhávali akumulátory, v tomto jsou potencionálně velké možnosti vylepšení.
6 Závěr Měl jsem úkolem studovat charakteristiky chování těla pomocí MoCap systémem. K tomuto úkolu jsme využili systém Lukotronic AS200. Měření proběhlo úspěšně, ale pro vázeli nás mnohé problémy. Součástí mého zadání bylo měřeno v FN Motol, bohužel se toto měření nekonalo. Zabýval jsem se hlavně vyhodnocováním polohy v statické poloze.
Použitá literatura [1] BA, Sileye O., ODOBEZ, Jean-Marc: From Camera Head Pose to 3D Global Head Pose using Multiple Camera Views. IDIAP Research Institute, Martigny, Switzerland, 2007. Dostupný z WWW: http://clear-evaluation.org/downloads/papers/clear07_ba_draft.pdf [2] MEERS Simon, WARD Koren, PIPER Ian: Simple, Robust and Accurate Head-Pose Tracking Using a Single Camera. Faculty of Informatics, University of Wollongong, 2006. Dostupný z WWW: http://www.uow.edu.au/~koren/Papers/M2VIP06.pdf [3] EBISAWA Yoshinobu: Head Pose Detection with One Camera Based on Pupil and Nostril Detection Technique. Faculty of Engeneering, Shizuoka University, Hamamatsu, Japan, 2008. Dostupný z WWW: http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?arnumber=4592775 [4] Usumez, S., Uysal, T., Orhan, M. and Sogancid, E.: Relationship between static natural head position and head position measured during walking. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 2006, 129, s. 42-47. Dostupný z WWW: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0889540605009224 [5] Šturm, David. Měření polohy hlavy v neurologii. Praha, 2005. 83 s. Diplomová práce. ČVUT - Fakulta elektrotechnická. [6] Chadima, Václav. Optimalizace technických prostředků a vlastní metody pro okamžité snímání polohy hlavy. Kladno, 2009. 25 s. Bakalářská práce. ČVUT - Fakulta biomedicínského inženýrství. [7] Chaloupka, Lukáš. Snímání okamžité polohy těla při kraniokorpografii. Kladno, 2007. 43 s. Bakalářská práce. ČVUT - Fakulta biomedicínského inženýrství. [8] Anýž, Jiří. Tvorba systému měření polohy hlavy a ramen pomocí jednoho fotoaparátu. Kladno, 2010. 37 s. Bakalářská práce. ČVUT - Fakulta biomedicínského inženýrství. [9] Charfreitag, Jaroslav. Specializované projekční displeje pro vyšetření v neurologii. Kladno, 2008. 98 s. Diplomová práce. ČVUT - Fakulta biomedicínského inženýrství. [10] Svobodová, Lenka. Návrh a realizace snímacího systému pro vyšetření vestibulárního ústrojí v neurologii. Praha, 2006. 62 s. Diplomová práce. ČVUT - Fakulta elektrotechnická.
